Введение к работе
Непрерывный рост угловых скоростей роторов различных машин и приборов является одной из особенностей технического прогресса. Известно, что быстров-ращающиеся роторы могут надежно работать только при условии их сбалансированности. Например, в машинах с большими дисбалансами роторов потери энергии на возбуждение вибрации достигают 36%. Улучшение на 10% точности балансировки деталей автомобиля удлиняет его срок службы на 25—100% и повышает полезную мощность на 10%.
Стремление повысить эффективность балансировки заставляет специалистов рассматривать все факторы, негативно влияющие на ее точность. Одним из таких факторов является непостоянство угловой скорости ротора.
Актуальность темы. Вопросам учета непостоянства угловой скорости ротора траб при его балансировке в последнее время уделяется серьезное внимание. В специальной литературе рассмотрены причины изменения а>ра6, разработана математическая модель поведения ротора, а также предложены варианты реализации процесса балансировки в этих условиях. Предлагаемые методы ориентированы, в первую очередь, на балансировочное оборудование, имеющее аналоговые измерительные системы. Для устранения влияния непостоянства <ора6 на точность балансировки, рекомендуется включать в состав такой измерительной системы аналоговые полосовые фильтры, а также следящие фильтры, способные отслеживать изменение араб- Однако аналоговые следящие фильтры сложны в изготовлении и настройке, работоспособны в достаточно узком диапазоне изменения угловой скорости и могут вносить в сигналы амплитудные и фазовые искажения. Достигаемая при этом точность определения угловых координат дисбалансов в 3...5 в ряде случаев может оказаться недостаточной.
Для дальнейшего повышения точности определения угловых координат дисбалансов рекомендуется совершенствовать привод вращения ротора, добиваясь его более равномерного, вращения. Большое количество используемых в промышленности балансировочных станков (до 8%) имеют бесконтактный привод вращения — пневматический или дуговой статор. Для таких станков добиться существенного уменьшения неравномерности вращения ротора затруднительно. В некоторых станках для устранения динамического влияния привода вращения измерение параметров неуравновешенности производится при отсоединенном приводе (на выбеге), что з ряде случаев ведет к существенному изменению угловой скорости балансируемого ротора. В этих станках стабилизация скорости ротора принципиально невозможна.
Развитие цифровой и микропроцессорной техники сделало возможным создание балансировочных станков .с аналого-цифровыми измерительными системами, имеющими з сзоем составе микроконтроллер. Наличие микроконтроллера позволяет использовать для получения информации о параметрах неуравновешенности ротора методы цифровой обработки информация и создавать станки,
точностные параметры и сервисные возможности которых превосходят соответствующие характеристики станков с аналоговыми системами. Достаточно полно способы компенсации влияния на точность балансировки непостоянства угловой скорости ротора при использовании аналого-цифровой измерительной системы рассмотрены в работе Г.Д. Бондаренко*. Точность определения параметров неуравновешенности при реализации этих способов в аналого-цифровой измерительной системе выше, чем при использовании аналоговых измерительных систем. Но применимость предложенных в данной работе методов ограничена, так как требует определения и математического описания закона изменения угловой скорости ротора в процессе балансировки.
Таким образом, задача определения параметров неуравновешенности ротора в условиях непостоянства угловой скорости aipas при неизвестном законе ее изменения является важной на нынешнем этапе развития средств балансировки.
Цель работы — повышение точности определения параметров неуравновешенности ротора на балансировочных станках с аналого-цифровыми измерительными системами при непостоянной угловой скорости ротора и априорно неизвестном законе ее изменения. Для достижения этой цели ставились и решались следующие задачи:
-
создание математической модели динамической системы балансировочного станка, включающей в себя и его измерительную систему;
-
выявление элементов балансировочного станка, изменяющих параметры сигналов при изменении угловой скорости ротора;
-
создание эффективных алгоритмов цифровой обработки информации, направленных на повышение точности балансировки в условиях непостоянства угловой скорости ротора.
Научная новизна.
-
Показано, что сигналы, пропорциональные проекциям на измерительную ось дисбалансов, действующих в плоскостях коррекции ротора, могут быть получены путем двойного интегрирования со сменой знака сигналов, пропорциональных лроекциям соответствующих неуравновешенных сил, приведенным к этим плоскостям. -
-
Предложен метод цифровой обработки информации, реализующий способ восстановления негармонического сигнала, искаженного аналоговым фильтром, входящим в состав аналого-цифровой измерительной системы.
-
Предложен алгоритм обработки информации, позволяющий определять параметры неуравновешенности ротрра в условиях изменения его угловой скорости в процессе балансировки по заранее неизвестному закону.
Практическая ценность. Алгоритмы цифровой обработки информации, предложенные в работе реализованы в виде программ для персонального компьютера, входящего в состав измерительной системы балансировочного стенда, и, частично, в виде программ для аналого-цифровой измерительной системы станка
* Бондаренко ГД. Обработка информации при контроле и коррекции параметров распределения масс летательных аппаратов; Две ...канд. техн. наук. — Челябинск, 1997.
MM-18 для динамической балансировки автомобильных колес, выпускаемых НПП "Монитор-механик" (г.Челябинск). Реализация алгоритмов позволила перейти к выпуску станков модели ММ-19 с существенно более высокими показателями точности и надежности.
Предложенные алгоритмы определения параметров неуравновешенности ротора при его непостоянной угловой скорости могут служить основой для создания программного обеспечения новых балансировочных станков, имеющих аналого-цифровые измерительные системы. Кроме того, возможна модернизация существующих аналоговых измерительных систем балансировочных станков, позволяющая повысить их точность при непостоянной угловой скорости ротора.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на первой Всероссийской научно-технической конференции "Балансировочная техника" (г. Москва, 1994 г.), на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ЧГТУ, ГОУрГУ -с участием представителей предприятий ракетно-космической техники (г. Челябинск, 1993-1998 гг.), на XIX Российской школе и ХХГХ Уральском семинаре по неоднородным конструкциям (г. Миасс, 1999г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 4 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Основная часть работы изложена на 148 стр., содержит 48 рисунков. Список литературы включает в себя 82 наименования.